DE3036829A1 - METHOD FOR RECEIVING CRYSTAL DISKS - Google Patents
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Description
WACKER-CHEMITRONIC ".."..· ".»* .-" rtiincWi, den 8.9.1980 Gesellschaft für Elektronik- · Ä' LC-PAT/Dr.Ra/we Grundstoffe mbHWACKER-CHEMITRONIC ".." .. · ".» * .- "rtiincWi, September 8, 1980 Society for Electronics · Ä 'LC-PAT / Dr.Ra / we Grundstoffe mbH
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen von Kristallscheiben, die durch einen Trennvorgang gewonnen werden, unter Ausnutzung der Sogwirkung an der Scheibe vorbeiströmenden Gases.The invention relates to a method for picking up crystal slices, which are obtained by a separation process, utilizing the suction effect of the gas flowing past the pane.
Kristall scheiben werden zumeist durch Zersägen von Kristallstäben gewonnen. Problematisch ist nicht zuletzt die Endphase des Trennvorgangs, in der nur noch eine dünne, mechanisch immer labiler werdende Restverbindung zwischen Scheibe und Stab besteht: aufgrund der beim Trennen auftretenden Kräfte wird diese Restverbindung schließlich abgedreht oder abgebrochen, wodurch auf der Scheibenoberfläche ein Stumpf verbleibt, der in einem weiteren Arbeitsgang abgetragen werden muß. Oftmals kommt es auch zu Ausbrüchen in der Scheibenoberfläche, die eine weitere Verwendung der Scheibe nicht mehr zulassen.Crystal disks are mostly made by sawing crystal rods won. Last but not least, the end phase of the separation process is problematic, in which only a thin, mechanically more and more unstable phase is left There is a residual connection between the disc and the rod: due to Due to the forces that occur during separation, this residual connection is finally twisted off or broken off, which results in the surface of the pane a stump remains that has to be removed in a further operation. Often there are also outbreaks in the Disc surface that no further use of the disc allow more.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sollte die abzutrennende Scheibe möglichst festgehalten werden. Erfahrungsgemäß kann dieses Problem jedoch nicht dadurch gelöst werden, daß die zu gewinnende Scheibe durch Greifer und dergleichen gefaßt wird, da an den Berührungsstellen der Greifwerkzeuge Kratzer oder gar Randausbrüche an der Scheibe auftreten* Weiterhin werden die zumeist sehr dünnen Kristallscheiben bei allzu festem Zugriff durchgebogen, mit der Folge, daß kein exakt planparalleler Schnitt mehr zustandekommt.To avoid these disadvantages, the pane to be separated should be held as tight as possible. Experience has shown that this problem can but not be solved by the fact that the disc to be won is gripped by grippers and the like, since scratches or even edge breakouts at the points of contact of the gripping tools Disc occur * Furthermore, the mostly very thin crystal discs are bent if the grip is too tight, with the result that an exactly plane-parallel cut is no longer achieved.
Es wurde deshalb bereits ein Haltewerkzeug entwickelt, das nach dem aerodynamischen Prinzip arbeitet: dieses Werkzeug weist eine kreisrunde Halte.fläche auf mit einer im Zentrum der Fläche versenkt eingearbeiteten Düse, aus der in spitzem Winkel zur Haltefläche Gas ausströmt. Ab einem gewissen Abstand des Haitewerkzeuge zur Scheibe wird die Scheibe durch das vorbeiströmende Gas nach dem Bernoulli'sehen Prinzip angesaugt. Um ein Wegrutschen oder Flattern der Scheibe zuA holding tool has therefore already been developed which, according to the aerodynamic principle works: this tool exhibits a circular Retaining surface with a countersunk in the center of the surface Nozzle from which gas flows out at an acute angle to the holding surface. From a certain distance of the Haitewerkzeuge to the disc the disk is seen by the gas flowing past, according to Bernoulli's Principle sucked. To prevent the window from slipping or fluttering
= 3·= 3
verhindern, weist dieses bekannte HaltewerScsensg einen zwei Drittel der Haltefläche umfassenden, erhöhten Anschlag auf. Der Gasstrom bläst die Scheibe an den Anschlag, wodurch Kratzer oder Ausbrüche an der Scheibe verursacht werden können. Derartige Beschädigungen können ebenso beim Loslassen der Scheibe auftreten, wenn sie seitlich abrutscht oder am Anschlag schleift.prevent, this well-known HaltewerScsensg has a two-thirds the holding surface comprehensive, raised stop. The gas flow blows the disk against the stop, creating scratches or chipping can be caused on the disc. Such damage can also occur when you let go of the disc if it is sideways slips off or rubs against the stop.
Es wurde deshalb gemäß DE-OS 26 09 75^ auch bereits ein Haltewerkzeug vorgeschlagen, das ein berührungsloses Aufnehmen der Scheibe gestattet. Dieses Werkzeug arbeitet ebenso nach dem bereits oben skizzierten aerodynamischen Prinzip. Die Scheibe schwebt auf dem durch das ausströmende Gas aufgebauten Gaspolster und wird gleichzeitig durch die Saugwirkung des am Rande der Scheibe in.vorzugsweise laminarer Strömung vorbeistreichenden Gases festgehalten. Beschädigungen der Scheibe durch das Haltewerkzeug werden dadurch naturgemäß vermieden.It was therefore already a holding tool according to DE-OS 26 09 75 ^ proposed that allows a contactless recording of the disc. This tool also works according to the above outlined aerodynamic principle. The disk floats on top of it gas cushion built up by the escaping gas and becomes at the same time held by the suction of the gas moving past the edge of the disk in a preferably laminar flow. Damage the disc through the holding tool are naturally avoided.
Aufgabe der Erfindung war es nun, ein Verfahren zu entwickeln, das die Vorteile des berührungsfreien Aufnehmen» der Scheibe mit den Vorteilen einer möglichst festen Verbindung zwischen Scheibe und Haltewerkzeug vereint.The object of the invention was now to develop a method that the advantages of contactless picking up of the »pane with the Advantages of a firm connection as possible between the disc and the holding tool combined.
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß eine lediglich annähernd punktförmige Abstützung der Scheibe ausreicht, die obengenannte Zielsetzung zu erreichen. Hierbei wird die Scheibe unter Ausnutzung des bereits beschriebenen aerodynamischen Prinzips auf die annähernd punktförmige Abstützung gedrückt»It has now been found, surprisingly, that an only approximately punctiform support of the disk is sufficient, the one mentioned above Achieve goal setting. Here, the disk is opened using the aerodynamic principle already described the almost punctiform support pressed »
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufnehmen von Kristallscheiben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Scheibe im Zentrum annähernd punktförmig abgestützt wird.The invention relates to a method for receiving crystal disks, which is characterized in that the disk is supported approximately point-like in the center.
Die Abstützung erfolgt an einer zentral angebrachten Erhöhung der Haltefläche des Haltewerkzeuges. Diese Erhöhung weist eine derart zur Scheibe zeigende Krümmung auf, daß nur eine annähernd punktförmige Abstützung zustandekommt. Diese Erhöhung kann die Form einer Kuppe, einer Nadel, eines Stifts, einer Kugel, vorzugsweise die einer Kugel, aufweisen. Der Durchmesser der Kugel beträgt etwa 0,5 bis 3 % des Durchmessers der Haltefläche. Die Abstützung weistThe support takes place on a centrally attached elevation of the holding surface of the holding tool. This elevation has a curvature pointing towards the disk in such a way that only an approximately punctiform support is achieved. This elevation can have the shape of a dome, a needle, a pin, a ball, preferably a ball. The diameter of the ball is about 0.5 to 3 % of the diameter of the holding surface. The support points
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vorteilhafterweise eine polierte Oberfläche auf und ist aus Material gefertigt, das eine größere Werkstoffhärte aufweist, als die zu gewinnende Scheibe.advantageously has a polished surface and is made of material manufactured, which has a greater material hardness than the disc to be extracted.
Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in der Weise, daß der abzutrennenden Scheibe während, zumindest jedoch in der Schlußphase des Trennvorgangs, ein Haltewerkzeug mit parallel zur Scheibe angeordneter Haltefläche so weit angenähert und derart justiert wird, daß die als Abstützung dienende Erhöhung in der Haltefläche das Zentrum der Scheibe trifft. Dabei wird die Scheib· von einen aus der Haltefläche ·austretenden, unter spitzem Winkel auf die Scheibe auftretenden Gasstrom umspült. Der Gasstrom erzeugt dabei in an sich bekannter Weise eine Sogwirkung, der das Zentrum der Scheibe auf die Abstützung preßt, während die Scheibe über ihre ganze Ausdehnung auf dem durch den Gasstrom erzeugten Gaspolster schwebt und dabei in ihrer Lage stabilisiert wird. Die auf die Scheibe wirkende Saugkraft wird in erster Linie durch Variieren des Gasvolumendurchflusses und durch die lichte Weite der Gasdüse gesteuert. Die Düse ist zumeist in der Form eines Ringspalts im Haltewerkzeug ausgebildet. Zveckmäßierweise. sollte die Strömung innerhalb der Düse laminar sein, da auftretende Turbulenzen höhere energetische Verluste zur Folge haben·The process is carried out in such a way that the Disk during, but at least in the final phase of the cutting process, a holding tool with arranged parallel to the disk Holding surface is approached so far and adjusted in such a way that the elevation in the holding surface serving as a support is the center the disc hits. In doing so, the disc is · by one of the holding surface · Flows around the gas stream emerging at an acute angle onto the pane. The gas flow is generated in a manner known per se There is a suction effect that presses the center of the disc onto the support, while the disc over its entire extent the gas cushion created by the gas flow floats and is stabilized in its position. The suction force acting on the disc is primarily controlled by varying the gas volume flow and the clearance of the gas nozzle. The nozzle is mostly in the shape of an annular gap formed in the holding tool. Expediently. the flow inside the nozzle should be laminar because it occurs Turbulence results in higher energetic losses
Nach dem Abtrennen der Scheibe vom Stab wird die Scheibe abgeschwenkt und einer Sammelvorrichtung übergeben.After the disk has been separated from the rod, the disk is swiveled away and transferred to a collecting device.
Das Verfahren läßt sich allgemein innerhalb solcher Trennverfahren zur Gewinnung von Kristallscheiben anwenden, bei denen Scheiben einzeln gewonnen werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren angewandt beim Trennen mittels Innenlochsägen. Hierbei wird ein kreisrundes Sägeblatt an der Peripherie eingespannt, das ein konzentrisch angebrachtes Loch aufweist, dessen zumeist mit Diamanten besetzter Umfang die eigentliche Schnittkante bildet. Der in Scheiben zu zerteilende Kristallstab wird, vorzugsweise um seine Längsachse rotierend, in das Loch im Zentrum des Sägeblatts in einer Tiefe entsprechend der erwünschten Scheibendicke abgesenkt und nach außen gegen die Sägekante bewegt.The process can generally be used within such separation processes use for the production of crystal disks, in which disks are obtained individually. The method according to the invention is preferred used when cutting with inner diameter saws. Here, a circular saw blade is clamped on the periphery, the one concentric Has attached hole, the circumference of which is mostly studded with diamonds and forms the actual cutting edge. The one in slices The crystal rod to be cut is, preferably rotating about its longitudinal axis, into the hole in the center of the saw blade at a depth lowered according to the desired pane thickness and outwards moved against the saw edge.
ö βö β
Grundsätzlich ist das Verfahren sowohl bei horizontaler als auch bei vertikaler Anordnung durchführbar.Basically the procedure is both horizontal and feasible with vertical arrangement.
Das Verfahren wird insbesondere beim Trennen harter Materialien eingesetzt* Beispiele für derartige Materialien sind elementares Silicium, Galliumarsenid, Saphir, Gadolinium-Gallium-Granat, Lithiumniobat und andere.The process is used in particular when cutting hard materials * Examples of such materials are elemental silicon, gallium arsenide, sapphire, gadolinium gallium garnet, lithium niobate and other.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Haltewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Haltefläche des Werkzeugs im Zentrum eine punktförmig auslaufende Erhöhung aufweist.The invention also relates to a holding tool for implementation of the method, which is characterized in that the holding surface of the tool in the center is a point tapering Has increase.
Das Haltewerkzeug besteht aus einem Abnehmerteller, der zumeist an einer Schwenkvorrichtung zum Weitertransport der Scheiben angebracht ist. Der Abnehmerteller ist im Zentrum mit einer Bohrung versehen, die in Richtung Scheibe konisch ausgeführt ist. In diese Bohrung ist ein Kegelstumpf eingepaßt, der in der, der zu gewinnenden Scheibe abgewandten Seite mit einer über eine Druckregelung zu steuernden Gasquelle verbunden ist.The holding tool consists of a pick-up plate, which is mostly attached to a swivel device is attached for further transport of the slices. The pick-up plate is provided with a hole in the center, which is conical in the direction of the disc. In this hole is a truncated cone fitted, which in the side facing away from the disc to be won with a pressure regulator to be controlled Gas source is connected.
Die Form des Abnehmertellers ist vorzugsweise kreisrund, er kann im speziellen Fall jedoch jede andere Geometrie annehmen. Der charakteristische Durchmesser der Haltefläche, auf die sich die folgenden Angaben beziehen, ist jeweils der des einbeschreibbaren Kreises von maximalem Durchmesser.The shape of the pickup plate is preferably circular, it can be in special case, however, assume any other geometry. The characteristic diameter of the holding surface on which the following Refer to information is that of the inscribable circle of maximum diameter.
Für den Austritt des Gases in Richtung Scheibe sind entlang des Umfang s eines konzentrisch in die Haltefläche gedachten Kreises, dessen Durchmesser das O1I- bis 0,6-fache des Tellerdurchmessers entspricht, Ausnehmungen eingebracht, die jeweils gleichweit von einander entfernt sind, wobei der Abstand, bezogen auf den Kreieumfang, 2/3 * r »Tf bis 0 und die lichte Weite diesen Ausnehmungen etwa O,O2 bis 2 % des Tellerdurchmessers beträgt. Die Ausnehmungen sitzen entlang der Mantelfläche eines Kegels, dessen Basisfläche der des gedachten Kreises entspricht und dessen Öffnungswinkel ca. 20 bis 150 beträgt. Sie münden im Inneren desFor the exit of gas in the direction of disk are provided along the circumference s of a concentrically in the holding surface imaginary circle, the diameter of the O 1 I to 0.6 times corresponds to the disc diameter, introduced recesses, which are equidistant from each other in each case, wherein the distance, based on the circumference of the circle, is 2/3 * r »Tf to 0 and the clear width of these recesses is approximately 0.02 to 2 % of the plate diameter. The recesses sit along the lateral surface of a cone, the base surface of which corresponds to that of the imaginary circle and the opening angle of which is approximately 20 to 150. They flow inside the
Vorzugsweise wird der Abstand der einzelnen Ausnehmungen zu null gemacht, wodurch eine Ringdüse entsteht.The distance between the individual recesses is preferably made zero, which creates an annular nozzle.
Eine einfache Fertigung dieser Ausführungsform wird erreicht, indem der Grundkörper, ausgehend von der Oberfläche, trichterförmig aufgebohrt wird, wobei der Kegelöffnungswinkel ca. 20 bis ISO °, vorzugsweise 50 bis 110 , beträgt. Die Trichteröffnung ist 0,02 bis 1 %, vorzugsweise 0,02 bis 0,4 %, des Tellerdurchmessers größer als ein in die Trichteröffnung eingepaßter kegelstumpfförmiger Kern, dessen Basisdurchmesser das 0,1- bis 0,6-fache des Tellerdurchmessers beträgt und dessen Öffnungswinkel 0 bis 50 , vorzugsweise 10 bis 30 , größer ist als der der Trichteröffnung.A simple production of this embodiment is achieved in that, starting from the surface, the base body is drilled out in the shape of a funnel, the cone opening angle being approx. 20 to ISO °, preferably 50 to 110. The funnel opening is 0.02 to 1 %, preferably 0.02 to 0.4 %, of the plate diameter larger than a frustoconical core fitted into the funnel opening, the base diameter of which is 0.1 to 0.6 times the plate diameter The opening angle is 0 to 50, preferably 10 to 30, greater than that of the funnel opening.
Die Halterung des Kegelstumpfes in der Trichteröffnung wird vorzugsweise so gestaltet, daß der Kegelstumpf längs der zentralen Achse bewegt werden kann, wodurch~die Spaltbreite (lichte Veite der Ausnehmung) variiert werden kann. Besonders einfach kann dies dadurch geschehen, daß der sich axial dem Kegelstumpf anschließende zylindrische Teil mit einem Außengewinde versehen ist. Die Fixierung erfolgt vorzugsweise durch eine Kontermutter auf diesem Gewinde.The holding of the truncated cone in the funnel opening is preferred designed so that the truncated cone can be moved along the central axis, whereby ~ the gap width (clear width of the recess) can be varied. This can make this particularly easy happen that the axially adjoining the truncated cone cylindrical part is provided with an external thread. The fixation takes place preferably by a lock nut on this thread.
Im Zentrum der Basisfläche des Kegelstumpfes ist eine örtliche Erhöhung zur Abstützung der zu gewinnenden Scheibe angebracht. Vorzugsweise wird diese Erhöhung als Kugel ausgebildet, deren Durchmesser 0,5 bis 3 % des Tellerdurchmessers beträgt.In the center of the base of the truncated cone, a local elevation is made to support the disc to be extracted. This elevation is preferably designed as a ball, the diameter of which is 0.5 to 3 % of the plate diameter.
Als Material für die Fertigung des Haltewerkzeugs kann im wesentlichen jedes maschinell bearbeitbare Material verwendet werden, insbesondere Metalle. Die zur Abstützung der Scheibe dienende örtliche Erhöhung besitzt eine Werkstoffhärte, die größer ist, als die der zu gewinnenden Scheibe.As a material for the manufacture of the holding tool can essentially any machinable material can be used, especially metals. The local one used to support the disc The increase has a material hardness that is greater than that of the to winning disc.
Der Gasstrom wird vorzugsweise so geregelt, daß die Gasströmung im Bereich des Austritts des Gases aus dem Haltewerkzeug laminar ist, wenn auch eine turbulente Strömung die Funktion des Werkzeugs nichtThe gas flow is preferably controlled so that the gas flow in the The area of the exit of the gas from the holding tool is laminar, even if a turbulent flow does not affect the function of the tool
grundsätzlich ausschließt« Das radial ausströmende Gas trifft im spitzen Winkel auf die zu gewinnende Scheibe und erzeugt in an sich bekannter Weise zwischen Haltewerkzeug und' Scheibe ein rotationssymmetrisches Druckfeld.basically excludes «The radially outflowing gas hits the acute angle on the disc to be obtained and generates a rotationally symmetrical one between the holding tool and the disc in a manner known per se Pressure field.
Die Abbildungen 1, 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Haltewerkzeugs. Abbildung 1 stellt eine Prinzipskizze dar. Zu dem rotierenden Kristallstab (l) ist das Haltewerkzeug derart justiert, daß die abstützende Kugel (8) das Zentrum der abzutrennenden Scheibe (3) trifft. Die Scheibe ist in der kritischen Phase des Trennvorgangs noch mit einem Stumpf (9) mit dem Kristallstab verbunden, während zum überwiegenden Flächenanteil zwischen Scheibe und Stab bereits der Sägespalt (2) entstanden ist.Figures 1, 2 and 3 show preferred embodiments of the holding tool according to the invention. Figure 1 is a schematic diagram The holding tool is like this for the rotating crystal rod (l) adjusted so that the supporting ball (8) hits the center of the disc (3) to be separated. The disc is critical Phase of the separation process with a stump (9) with the crystal rod connected, while the saw gap (2) has already arisen for the majority of the area between the disc and the rod.
Das Haltewerkzeug besteht aus dem Halteteller (5), der eine zur abzutrennenden Scheibe gerichtete konische Bohrung aufweist, die mit dem Leitkegel (1O) eine Ringspaltdüse (6) ausbildet. Das Gas durchströmt den Ringkanal (7), gelangt in laminarer Strömung durch die Ringspaltdüse und bestreicht schließlich in rotationssymmetrischer Quellströmung (ll) die Scheibe. Im Bereich zwischen Halteteller und Scheibe baut sich ein durch die Strömung des Gases verursachter Unterdruckbereich (4) auf.The holding tool consists of the holding plate (5), the one to be separated Has disc-directed conical bore which forms an annular gap nozzle (6) with the guide cone (1O). The gas flows through the annular channel (7), passes in a laminar flow through the annular gap nozzle and finally sweeps in a rotationally symmetrical manner Swelling flow (ll) the disk. In the area between the retaining plate and Disc builds up a negative pressure area (4) caused by the flow of the gas.
Abbildung 2 zeigt den Querschnitt und Abbildung 3 die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Haltewerkzeugs.Figure 2 shows the cross section and Figure 3 shows the top view of a holding tool according to the invention.
Der Abnehmerteller (16) weist am oberen Ende eine konische Bohrung auf, die mit dem Leitkegel (15) die Ringspaltdüse (12) bildet. Die Verbindung zwischen Abnehmerteller und Leitkegel ist im unteren Teil durch das Gewinde (19) gegeben. Diese Verbindung ist höhenverstellbar und definiert die Breite des Ringspalts (12). Die erwünschte Einstellung kann durch die Kontermutter (1?) fixiert werden. Über die zentrale Bohrung ( 20) des 'Leitkegels wird über die Zuleitung (21) Gas eingeblasen, das über Bohrungen (13) die Ringkammer (17) erreicht und schließlich über den Ringspalt austritt. Die als Abstützung für die abzutrennende (nicht gezeichnete) Scheibe dienende Kugel (14) ist im Zentrum des Abnehmertellers, das zugleich das Zentrum des Leitkegels bildet, angebracht.-The pick-up plate (16) has a conical bore at the upper end which forms the annular gap nozzle (12) with the guide cone (15). The connection between the pickup plate and the traffic cone is in the lower part Part given through the thread (19). This connection is adjustable in height and defines the width of the annular gap (12). The desired one The setting can be fixed with the lock nut (1?). About the central hole (20) of the 'cone is about the Feed line (21) blown gas into the annular chamber via bores (13) (17) and finally exits through the annular gap. The one that serves as a support for the disc to be separated (not shown) Ball (14) is in the center of the pickup plate, which is at the same time forms the center of the traffic cone.
Vie aus Abbildung 3 zu sehen ist, weist der Abnehmerteller eine seitliche Abflachung mit Bohrung (22) auf, die zur Montage des Haltetellers an eine Abschwenkvorrichtung dient.As can be seen from Figure 3, the pick-up plate has a lateral flattening with a bore (22) that is used for mounting the holding plate is used on a pivoting device.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw· mit Hilfe des erfindungsgemäßen Haltewerkzeugs gelingt es, das in der Endphase des Trennvorgangs auftretende Torsionsmoment auf die Restverbindung von zu gewinnender Scheibe und Kristallstab so weit zu verringern, daß der Stumpf rückstandsfrei tibersägt werden kann. Die Fixierung der Scheibe erfolgt dabei praktisch ohne Zug» und Biegebeanspruchung, so daß ein planparalleler Schnitt gewährleistet ist.According to the method according to the invention or with the aid of the method according to the invention Holding tool succeeds in the torsional moment occurring in the final phase of the separation process on the remaining connection of to reduce the winning disk and crystal rod so far that the stump can be sawn over without leaving any residue. The pane is fixed in place with practically no tensile or bending stress, see above that a plane-parallel cut is guaranteed.
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